Migration et invasion cellulaire

La contractilité cellulaire remplit des fonctions physiologiques essentielles telles que la contraction musculaire et la migration cellulaire et joue un rôle dans plusieurs maladies humaines, notamment la fibrose, la cicatrisation et le cancer. Outre les cellules musculaires, les myofibroblastes constituent un autre type de cellule contractile professionnelle. Dans la plupart des cas, les myofibroblastes sont des entités transitoires censées naître des fibroblastes normaux à la suite d'un stress et dont la fonction est de remodeler le tissu conjonctif en se contractant et en tirant sur la matrice extracellulaire (MEC).

Un tel processus est, par exemple, nécessaire pour réparer un épithélium blessé. Une fois la blessure réparée, les myofibroblastes meurent généralement. S'ils persistent plus longtemps, la contraction excessive et le remodelage excessif de la MEC qui en résulte entraînent la formation de cicatrices. Ces cellules hautement contractiles sont toujours présentes là où un remodelage substantiel de la matrice se produit. Cependant, les myofibroblastes sont également présents dans de nombreux tissus dans des conditions physiologiques, y compris dans l'intestin. Il n'y a pas de remodelage spectaculaire de l'MEC dans l'homéostasie intestinale, et le rôle des myofibroblastes dans ce contexte n'est pas clair. Nous étudions le rôle de la contractilité des myofibroblastes dans l'homéostasie épithéliale et la réparation des blessures.

L'épithélium de l'intestin fait office de barrière entre le monde extérieur et l'organisme tout en assurant l'absorption des nutriments. L'épithélium de l'intestin grêle est composé d'une seule couche de cellules colonnaires qui tapissent les villosités qui se projettent dans la lumière de l'intestin et les cryptes qui descendent dans le tissu conjonctif. Le renouvellement constant de l'épithélium est assuré par la prolifération de cellules souches dans les cryptes, donnant naissance à des types de cellules épithéliales spécialisées. À la sortie de la crypte, la plupart des types de cellules migrent vers l'extrémité de la villosité, où elles meurent et sont rejetées dans la lumière. La surface basale de l'épithélium est soulignée par la membrane basale (BM), une structure fine et dense en forme de feuille composée d'un réseau de collagène IV et de laminine sur laquelle les cellules adhèrent et migrent. On pensait que la migration cellulaire sur la BM était un processus passif, dirigé par la pression mitotique générée dans les cryptes. Cependant, nous avons récemment montré que la pression mitotique a un effet à courte portée limité aux cryptes et qu'une migration active est nécessaire pour atteindre l'extrémité de la villosité (Krndija et al., Science, 2019). Si les cellules migrent collectivement, en maintenant leur polarité apicobasale, elles présentent également un deuxième axe de polarité (avant-arrière), caractérisé par des protubérances basales riches en actine orientées dans la direction de la migration. Comment cette polarité avant-arrière est établie et quel est le repère de guidage pour la migration directionnelle vers l'extrémité des villosités reste inconnu. Actuellement, nous étudions comment la BM fournit des indices pour la migration directionnelle des cellules épithéliales, quels sont les rôles des structures adhésives dans la lecture de ces indices et comment la polarité avant-arrière est construite pour permettre la migration directionnelle des cellules. Enfin, nous nous intéressons au rôle du cytosquelette d'actomyosine dans le maintien de l'intégrité de l'épithélium intestinal et la migration cellulaire.

En collaboration avec Stéphanie Descroix (UMR168, IPGG), nous avons développé un dispositif - reconstitué Gut-on-Chip - qui nous permettra de tester l'impact de paramètres individuels tels que les contraintes physiques, le péristaltisme et la matrice extracellulaire (ECM) sur l'homéostasie de l'épithélium.

Au cours de la progression tumorale, les CAF et la MEC s'accumulent dans les tumeurs pour former une capsule qui enveloppe les cellules cancéreuses. Cette capsule constitue une barrière qui limite la croissance de la tumeur, ce qui entraîne l'augmentation de la pression intratumorale. En combinant des manipulations génétiques et physiques in vivo avec la microfabrication et des mesures de force in vitro, nous avons découvert que la capsule de CAF n'est pas une barrière passive mais qu'elle comprime activement les cellules cancéreuses en utilisant la contractilité de l'actomyosine. Les cellules cancéreuses détectent mécaniquement la compression des CAF. L'abrogation de la contractilité des CAF in vivo conduit à la dissipation des forces de compression et à l'altération de la formation de la capsule. En cartographiant les modèles de force des CAF, nous montrons que la compression est une propriété intrinsèque des CAF, indépendante de la croissance des cellules cancéreuses. La coordination supracellulaire des CAF est assurée par des câbles de fibronectine qui servent d'échafaudages permettant la transmission des forces. Cette étude dévoile que la capsule contractile comprime activement les cellules cancéreuses, module leur signalisation mécanique et réorganise la morphologie tumorale (Barbazan et al, BioRxiv, 2021).

Dans le cas du carcinome in situ, la membrane basale représente une barrière physique qui empêche la tumeur de s'étendre au stroma adjacent. Les cellules cancéreuses perforent la membrane basale à l'aide de protubérances riches en protéases. Nous nous sommes demandé si les cellules du stroma, telles que les fibroblastes associés au cancer (CAF), coopèrent avec les cellules cancéreuses pour percer la membrane basale. Nous avons découvert qu'en présence des CAF, les cellules cancéreuses envahissent la membrane basale d'une manière indépendante des protéases. En utilisant l'imagerie en direct et la microscopie à force atomique, nous montrons que les CAF utilisent des forces mécaniques pour remodeler la membrane basale, ce qui conduit à la formation de brèches à travers lesquelles les cellules cancéreuses peuvent migrer (Glentis et al, Nature Commun, 2017, Atieh et al, J Cell Biol, 2017).

Nous étudions actuellement si l'organisation spécifique des CAF et la matrice qu'elles produisent peuvent stimuler l'invasion des cellules cancéreuses et leur résistance à la thérapie.

Le côlon est principalement responsable de l'absorption des fluides. Il contient de nombreux micro-organismes, dont des champignons, qui sont particulièrement enrichis dans son segment distal. Par conséquent, la muqueuse colique doit réguler étroitement l'afflux de liquides pour éviter l'absorption de métabolites fongiques potentiellement dangereux, qui peuvent être toxiques pour les cellules épithéliales et atteindre la circulation sanguine, entraînant finalement un dysfonctionnement de la barrière et une septicémie. La manière d'y parvenir reste inconnue. En collaboration avec Ana-Maria Lennon (U932), nous avons découvert que le système immunitaire inné permet un contrôle rapide de la qualité des fluides absorbés par les cellules épithéliales afin d'éviter l'intoxication des colonocytes par les produits fongiques. Ce mécanisme repose sur une population particulière de macrophages du côlon équipés de protubérances "en forme de ballon" (BLP) insérées à la base des cellules épithéliales. Les BLP échantillonnent les fluides absorbés et arrêtent l'absorption lorsque les fluides sont empoisonnés par la toxine fongique. En l'absence de macrophages ou de BLP, les cellules épithéliales continuent d'absorber les fluides contenant la toxine fongique, ce qui entraîne leur mort et la perte ultérieure de l'intégrité de la barrière épithéliale. Ces résultats révèlent un rôle inattendu et essentiel des macrophages dans le maintien de l'homéostasie colique (Chikina et al, Cell, 2020).

Nous étudions actuellement comment les BLP contrôlent l'absorption des liquides par les cellules épithéliales et comment cette fonction des macrophages régule l'inflammation du côlon et l'activation immunitaire à l'état stable ou dans des conditions pathologiques.